Liliana Cavani è nata a Carpi (MO) nel 1933.
Prima figlia di genitori operai è subito attirata dal cinema e nel 1959 approda in televisione con un cortometraggio. Conosce Luchino Visconti e nel 1960 lavora alla sceneggiatura di Rocco e i suoi fratelli; negli anni successivi collaborerà ad alcune rappresentazioni teatrali del regista che hanno come protagonista assoluta Maria Callas.
Dopo aver sceneggiato Il gattopardo (1964) dirige i suoi primi film: Processo a Vichy (1965) e Francesco d'Assisi (1966), dove il santo viene interpretato da Marco Bellocchio. Dopo lavori come Galileo (1968) e I cannibali (1969), che riscuotono un buon successo, torna a lavorare con Visconti in Morte a Venezia (1971) e dirige L'ospite (1971).
Milarepa (1972) fa conoscere il suo nome a livello internazionale. Dopo aver sceneggiato Ludwig (1973) e codiretto Gruppo di famiglia in un interno (1974), entrambi di Visconti, dirige Portiere di notte (1974) con Dirk Bogarde, Charlotte Rampling, Gabriele Ferzetti e Philippe Leroy, film che è considerato il suo capolavoro.
Dirige Al di là del bene e del male (1977), La pelle (1981), Oltre la porta (1982).
Le torbide pulsioni sessuali di Interno berlinese (1985) non sono apprezzate dalla critica e nemmeno Francesco (1988) con Mickey Rourke. Con Il gioco di mister Ripley (2001) ottiene ancora un buon successo.